Conceção, desenvolvimento e projeto de uma bicicleta multímodo

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2014

Pedro Daniel

Almeida Rios

Con eção, Desenvolvimento e Projeto de uma

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2014

Pedro Daniel

Almeida Rios

Con eção, Desenvolvimento e Projeto de uma

Bi i leta Multímodo

Dissertaçãoapresentada àUniversidadede Aveiropara umprimentodos

re-quisitosne essáriosàobtençãodograudeMestreemEngenharia Me âni a,

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Presidente/ President Prof. Doutora Margarida Isabel Cabrita Marques Coelho

Professora AuxiliardaUniversidadedeAveiro

Vogais /Committee Prof. Doutor António Manuel Godinho Completo

ProfessorAuxiliardaUniversidadedeAveiro(orientador)

Prof. Doutor José Luís Soares Esteves

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A knowledgements que ontribuíram para que a realização deste trabalho fosse

possí-vel. Nomeadamente, deixo o meu agrade imento ao Professor Doutor

António Manuel Godinho Completo por todo o trabalho de

orien-tação prestado e motivação, durante o período de exe ução do projeto.

Deixotambémumapalavrade agrade imentoaosmeus olegas,professores

efamiliaresquemea ompanharamnode orrerdomeuper ursoa adémi o.

Um agrade imento espe ial à Patrí ia e aos meus pais por tudo ...

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gamento de dispositivoseletróni os;transmissãoporveiome âni o; projeto

me âni o; ondi ionamentofísi o.

Resumo O tema de dissertação no âmbito de uma bi i leta multímodo teve omo

objetivo o desenvolvimento de um on eito de bi i leta om um onjunto

de ara terísti as diferen iadoras, a nível de fun ionalidade, em relação a

uma bi i leta onven ional. Do onjunto de fun ionalidades ini ialmente

onsiderado, a apa idade de utilização da bi i leta numa vertente

dinâ-mi a e indoor, a integração e o arregamento de dispositivos eletróni os

onstituem as prin ipais fun ionalidades do produto desenvolvido. Após

uma análise de ben hmarking a um onjunto de bi i letas desportivas e

indoor,foramidenti adose,posteriormente,desenvolvidossistemas, omo

por exemplo a transmissão por veio me âni o, que visam dar resposta às

prin ipais fun ionalidades da bi i leta. Nesta etapa, foram onsiderados

um onjunto de aspetos antropométri os, ergonómi os e biome âni os.

Tendo em onta o enquadramento do presente trabalho, todo o

pro- esso de on eção ede projeto seguiuuma metodologia de um pro essode

engenharia do produto, tendo sido utilizadas um onjunto de ferramentas

típi as om vista a sistematizar e hierarquizar a informação ne essária ao

desenvolvimento da bi i leta. Desta am-se a identi ação dos requisitos

do produto e a sua relação om os requisitos do liente através da matriz

QFD; a geração e seleção de on eitos para os sistemas da bi i leta; o

desenvolvimento de um logótipo representativo do produto desenvolvido;

uma análise de ustose,no âmbito de design robusto, arealizaçãode uma

análisedemodosde falhaeefeito(FMEA),sobreaperspetivadoutilizador.

Ao nível de projeto me âni o pro edeu-se à modelação geométri a da

bi i leta através de um software CAD, tendo sido veri ado o

dimensio-namento das suas prin ipais estruturas através do método dos elementos

nitosepelo ál uloanalíti o. Nestafasedoprojeto,foram onsideradosos

prin ipais requisitos normativos de desempenho e segurança para bi i letas

passíveis de serem utilizadas na via públi a. Por m, foram elaborados

os desenhos de montagem e de onjunto dos sistemas da bi i leta, assim

omo os desenhos de denição dos prin ipais omponentes da bi i leta.

O resultado nal é uma bi i leta para utilização em atividades de lazer

do dia a dia, assim omo no pro esso de re ondi ionamento/manutenção

físi a, que pode ser desenvolvido indoor ou outdoor sem a ne essidade de

omponentes adi ionais e que integra a apa idade de aproveitamento da

energia motora do utilizador, para a geração de energia a ser utilizada no

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devi es; shaft drivetransmission; me hani aldesign;tness.

Abstra t The dissertation topi within a multimode bi y le aimed to develop a

on ept bi y le with a set of dierentiating hara teristi s, the level of

fun tionality ompared to a onventional bi y le. The set of features

initially onsidered, the ability to use the bi y le on dynami aspe t

and indoor way, and the integration and harging of ele troni devi es

are the main features of the produ t developed. After an analysis of

ben hmarking a set of sports and indoor bi y les, were identied and

further developed systems, su h as the shaft drive transmission, aimed

at addressing the main features of the bi y le. In this step, was

on-sidered a set of anthropometri , ergonomi and biome hani al aspe ts.

Regardin the framework of the present work, the whole pro ess of

design andproje t followed amethodologyofapro ess ofprodu t

enginee-ring, havingbeingusedasetofstandardtoolstohelporganizeandprioritize

the informationne essaryforthedevelopmentofthebi y le. Standout: the

identi ation of produ t requirementsand their relationshipwith ustomer

requirements through the QFD , the generation and sele tion of on epts

for bi y le systems, the development of a representative logo developed

produ t matrix, an analysis of osts and, under robust design, ondu ting

an analysis of failure modes and ee t (FMEA), on the perspe tive of

the user. In terms of me hani al design pro eeded to geometri modeling

bi y le through a software CAD, the s aling of its main stru tures by the

nite element method and the analyti al al ulation were veried. At this

stage of the proje t, were onsidered the main regulatory requirements

for performan e and safety for bi y les that an be used on publi roads.

Finally, the assembly drawings and assembly bi y le systems, as well as

the denition drawings of the main bi y le omponents were developed.

The end result is a bi y le for leisure use in day-to-day, as well as

re onditioning pro ess/tness, that an be developed indoor or outdoor

without the need foradditional omponents and whi h in ludes the ability

to use the motivepower user for generating energy to be used in harging

(12)

(13)

1 Introdução 1

1.1 Motivação . . . 1

1.2 Objetivos . . . 1

1.3 Estrutura . . . 2

2 A Mobilidade Individual 5 2.1 Problemáti a daMobilidade Individual . . . 5

2.1.1 Saúde Públi a. . . 6

2.1.2 Impa tesAmbientais . . . 7

2.1.3 Impa tesE onómi os. . . 8

2.2 A Bi i letae a MobilidadeUrbanaSustentável . . . 9

2.3 A Bi i letae a Saúde Individual . . . 12

2.4 Mer ado dasBi i letas . . . 14

2.5 Normase Legislação . . . 16 2.6 Ben hmarking . . . 17 2.6.1 Bi i letasÓrbita . . . 17 2.6.2 Bi i leta Smart . . . 19 2.6.3 Bi i letasBMW . . . 20 2.6.4 Bi i letasSpe ialized . . . 21 2.6.5 Bi i letasIndoor . . . 22 2.6.6 ModelosCon eptuais . . . 25 2.6.7 Análise Comparativa . . . 26

3 Ergonomia,Antropometria e Biome âni a do Ci lismo 31 3.1 Biome âni a doCi lismo . . . 31 3.1.1 Análise Cinemáti a . . . 32 3.1.2 Análise Cinéti a . . . 34 3.1.3 Ativação Mus ular . . . 39 3.2 Ergonomia. . . 41 3.2.1 Parâmetros de Conforto . . . 41 3.2.2 Posturasde Condução . . . 46 3.3 Antropometria . . . 50

3.3.1 Dados Antropométri osEstáti os . . . 50

(14)

4.2 Organização dosDados. . . 61

4.3 Hierarquização dosRequisitos . . . 62

4.4 Estabele imento dos Requisitosdo Produto . . . 67

4.5 Casa da Qualidade- QFD . . . 68

4.6 Geração eSeleção de Con eitos . . . 78

4.6.1 De omposição de Funções . . . 78

4.6.2 Clari ação dosObjetivos deUtilização . . . 79

4.6.3 Classi ação de Con eitos . . . 80 4.6.4 Patentes . . . 81 4.6.5 Seleção . . . 83 4.7 Logótipo . . . 102 4.8 Solução Final . . . 102 4.8.1 Utilização Indoor . . . 105

4.8.2 Integração eCarregamento dosDispositivosEletróni os . . . 109

4.8.3 Transmissão . . . 110 4.8.4 Ergonomia . . . 112 4.8.5 ProtótiposVirtuais . . . 117 4.8.6 Espe i açõesFinais . . . 118 4.9 Análise deCustos . . . 119 4.9.1 Componentes Estandardizados . . . 119

4.9.2 Componentes paraFabri o . . . 120

4.9.3 Custos deMontagem . . . 121

4.9.4 CustoTotal . . . 122

4.9.5 Estimativada Quantidade de Vendas. . . 123

4.10 Design Robusto . . . 125

4.10.1 Análise deModode Falha eEfeito . . . 125

5 Projeto Me âni o 127 5.1 Dimensionamento da Transmissão. . . 127

5.1.1 Engrenagens . . . 127

5.1.2 Veios . . . 133

5.1.3 Rolamentos . . . 141

5.1.4 LigaçõesporChaveta . . . 144

5.2 Cál ulo dasMolasdo Guiador . . . 145

5.3 Análise Estrutural dosPrin ipaisComponentesda Bi i leta . . . 149

5.3.1 Comportamento Estrutural do Quadro . . . 149

5.3.2 Dimensionamento do SuporteMultifunções . . . 157

5.4 Desenho Té ni o . . . 163

6 Con lusões Finais e Ações Futuras 165 6.1 Con lusões . . . 165

(15)

A Legislação 175

A.1 Norma EuropeiaEN 14764 . . . 175

A.2 Portarianº.311-B/2005 de 24 deMarço . . . 181

B Resultados Obtidos nos Questionários Realizados 183

B.1 Primeiro Questionário . . . 183

B.2 Segundo Questionário . . . 185

C Logótipo - Versões Alternativas 187

D Matriz QFD 189

E Desenhos de Conjunto 193

F Desenhos de Montagem 205

(16)

(17)

2.1 Impa tesde ada poluente na saúde . . . 6

2.2 Impa tesambientais provo ados pelo setor dostransportes . . . 7

2.3 Gasto alóri o da atividade depedalar . . . 13

2.4 Produção de bi i letas(UE-27 )em 2011 . . . 14

2.5 Evolução do número de bi i letasvendidas (UE-27 ) . . . 14

2.6 Número de bi i letasvendidas ao públi o, referenteao ano de2011 . . . . 15

2.7 Normaseuropeias apli adas no setordasbi i letas . . . 16

2.8 Mar as analisadas noben hmarking . . . 17

2.9 Análise omparativa - bi i letas indoor . . . 26

2.10 Análise omparativa - modelos de bi i letasSpe ialized e Smart . . . 27

2.11 DimensõesdosquadrosSpe ialized . . . 28

2.12 Dimensõesdosquadro BMW . . . 28

2.13 Análise omparativa - modelos de bi i letasÓrbita eBMW . . . 29

3.1 Pesosdos i listas e ondiçõesdeteste . . . 36

3.2 Valores máximos e mínimos do deslo amento angular da arti ulação do joelhoe tornozelo . . . 39

3.3 Atividade mus ularduranteasfases do i loda pedalada . . . 40

3.4 Padrõesmédiosde atividade mus ular duranteasfases da pedalada para osprin ipaisgruposmus ulares . . . 40

3.5 Comprimento dapedaleira . . . 44

3.6 Dimensõesantropométri asdo homem eda mulher portugueses . . . 52

3.7 Estimativado valor do entrepernasem função daaltura . . . 53

4.1 Respostas obtidas paraa primeira e segundaquestãodo segundoinquérito 59 4.2 Distribuição da amostrapor es alãoetárioe degénero . . . 59

4.3 Sumáriodasrespostas àquarta questão dosegundoinquérito . . . 60

4.4 Preços queosutilizadores poderãodespenderpor umabi i leta . . . 60

4.5 Interpretaçãodasne essidades dosutilizadores . . . 61

4.6 Requisitos erespetivadesignação . . . 62

4.7 Grau de importân iadosrequisitos . . . 65

4.8 Deniçãodasespe i ações té ni asda bi i leta. . . 67

4.9 Determinação dasdimensõesdo quadro dabi i leta. . . 72

4.10 Tamanhos dosquadros . . . 72

4.11 Determinação daaltura do selim . . . 72

4.12 Valoresalvodos requisitosdo produto . . . 75

(18)

4.16 Vantagense desvantagens dossistemasde tração . . . 84

4.17 Matriz de seleçãoparao sistemadetração . . . 84

4.18 Vantagensedesvantagensdossistemasme âni osdetransmissãodepotên ia 85 4.19 Matriz de seleçãoparao sistemame âni ode transmissão depotên ia . . 86

4.20 Matriz de seleçãoparaa aixadetransmissão . . . 87

4.21 Vantagense desvantagens dossistemasde travagem. . . 88

4.22 Matriz de seleção- Sistemade travagem . . . 89

4.23 Matriz de seleçãoparao transporte de objetos. . . 90

4.24 Matriz de seleçãoparao sistemadeamorte imento . . . 91

4.25 Matriz de seleçãoparao suportede estabilidade. . . 93

4.26 Matriz de seleçãoparao sistemaderegulação deesforço físi o . . . 95

4.27 Matriz de seleçãoparao sistemadegeração de energia . . . 97

4.28 Matriz de seleçãoparao sistemadeintegração dos dispositivoseletróni os 98 4.29 Matriz de seleçãoparaa geometria doquadro . . . 99

4.30 Matriz de seleçãoparaa geometria doguiador . . . 100

4.31 Espe i açõesnais da bi i leta. . . 118

4.32 Componentesestandardizados . . . 119

4.33 Preço deprodução de alguns dos omponentesda bi i leta . . . 120

4.34 Estimativadostemposde montagem . . . 121

4.35 Custototal de produção . . . 122

4.36 Análise demodo de falhas . . . 126

5.1 Valoresde

K

A

dea ordo omotipode hoquedeengrenamento a dimen-sionar . . . 129

5.2 Valoresde

m

e

N

r

emfunção dotipode engrenagemes olhido . . . 129

5.3 Valoresde

C

3

. . . 130

5.4 Valoresde tensão deruína àfadiga super ial . . . 131

5.5 Cál ulo do número dedentes, móduloe diâmetro dasengrenagens. . . 131

5.6 Coe ientes

c

i

parao ál ulode

C

3

. . . 132

5.7 Coe ientes

e

0

e

1

parao ál ulo

C

3

. . . 132

5.8 Fatores de ál ulode

K

f

. . . 136

5.9 Valoresdasvariáveis parao ál ulode

k

as

. . . 138

5.10 Coe ientede segurança par ialpara odimensionamento à fadiga . . . 138

5.11 Fatores de dimensionamento à edên ia eà fadigado veioda transmissão 141 5.12 Fatores radial e axialdosrolamentosxos deesferas . . . 143

5.13 Dimensõesnormalizadas das havetas paralelas . . . 144

5.14 Propriedades dosaçosde molasmaisutilizados . . . 147

5.15 Parâmetros dedimensionamento da mola à ompressão . . . 147

5.16 Valoresde primeira es olhado diâmetroda espira

d

(mm) . . . 147

5.17 Propriedades me âni as do alumínio6061-T6 . . . 152

5.18 Propriedades da malha utilizada na averiguaçãoestrutural do quadro da bi i leta . . . 152

5.19 Pesodosutilizadores onsiderados na determinação da largura dosuporte 158

(19)

mul-A.1 Prin ipaisrequisitos da normaEN 14764 . . . 175

A.2 Requisitos detravagem EN-14764 . . . 179

A.3 Caraterísti asdasluzes de presença . . . 181

B.1 Resumo de respostas obtidas no primeiro questionário, referentes à

pri-meiraquestão . . . 183

B.2 Resumo de respostas obtidas no primeiro questionário, referentes à

se-gunda questão. . . 183

(20)

(21)

2.1 Contribuição dosetor dostransportes paraasemissõestotaisdeGEEem

2009 . . . 7

2.2 Consumo naldeenergia por setor(UE-27 ) . . . 8

2.3 Modelosde bi i letas atuais . . . 9

2.4 Sistemasde aluguer debi i letas . . . 10

2.5 Medidas de mobilidade urbanasustentável . . . 11

2.6 Modelosde bi i letas Órbita. . . 18

2.7 Smart ebike . . . 19

2.8 Modelosde bi i letas BMW . . . 20

2.9 Modelosde bi i letas Spe ialized . . . 21

2.10 Exemplo deutilização deumabi i leta indoor . . . 22

2.11 Esquema representativo dosprin ipais omponentes de umbi i letaindoor 23 2.12 Modelosde bi i letas indoor . . . 24

2.13 Modelosde bi i letas on eptuais . . . 25

2.14 Prin ipaisdimensõesdabi i leta smart . . . 26

3.1 Planos triortogonais ombasena posição anatómi ade referên ia . . . 32

3.2 A atividade do i lismo de orre essen ialmentenoplano sagital . . . 33

3.3 Divisãodo i loda pedalada emgraus . . . 34

3.4 Representaçãodas forçasexer idasnospedais . . . 35

3.5 Eixosdospedaisutilizados por Stone e Hull . . . 36

3.6 Padrões médios das forças exer idas nos pedais em função do ângulo da pedaleira(

θ

c

). . . 37

3.7 Amplitudesde movimentos . . . 38

3.8 Representaçãodosprin ipais mús ulosdosmembrosinferioressoli itados durante a atividade depedalar . . . 39

3.9 Parâmetros de onforto de orrentes dautilização dabi i leta . . . 41

3.10 Variáveisantropométri as,ne essáriasnodimensionamento deumabi i leta 42 3.11 Medidas xasdo quadro . . . 43

3.12 Dimensõesparao ál ulodaaltura do selim . . . 44

3.13 Comprimento doguiador . . . 45

3.14 Representaçãoesquemáti a do ângulode in linação do tubodo selim . . . 45

3.15 Posiçõesde ondução . . . 46

3.16 Curvaturaem "duploS"da olunavertebral . . . 47

3.17 Posição de ondução lássi a. . . 47

3.18 Ângulos de onforto biome âni os re omendados para bi i letas de lazer e transporte . . . 48

(22)

3.21 Dimensõesantropométri as . . . 51

3.22 Comprimento dossegmentos orporais, emper entagem da altura do orpo 52

3.23 Valoresmédiosde rotaçõesvoluntárias do orpo . . . 53

4.1 Esboçodo primeiro inquéritorealizado . . . 56

4.2 Resumo dasrespostas do primeiro questionário . . . 57

4.3 Esboçodo segundoinquérito desenvolvido . . . 58

4.4 Diagrama de Mudge . . . 63

4.5 Priorização ini ial dosrequisitos do liente . . . 64

4.6 Diagrama de Kano . . . 66

4.7 Matriz de relaçõesentre osrequisitos de liente edo produto . . . 68

4.8 Análise ompetitiva e argumentos de venda . . . 69

4.9 Matriz de orrelaçõesentre osrequisitos doprojeto . . . 70

4.10 Análise da on orrên ia dosrequisitos do projeto . . . 71

4.11 Dimensõesdosdispositivoseletróni os . . . 74

4.12 Priorização revistadosrequisitos do liente . . . 76

4.13 Priorização dosrequisitosdo produto . . . 76

4.14 Diagrama de funçõesdonovo on eitode bi i leta . . . 78

4.15 Suporte de treino físi o adaptável a um bi i leta onven ional (Bi y le

Trainer) . . . 81

4.16 Dispositivo de regulação do esforço físi o (Bi y le Mounted Exer ise and

TrainingDevi e) . . . 82

4.17 Dispositivo deresistên ia magnéti a . . . 82

4.18 Sistemasde travagem. . . 88

4.19 Con eitosde transportede objetos . . . 90

4.20 Sistemasde amorte imento . . . 91

4.21 Utilizaçãoindoor -suporte de estabilidade . . . 92

4.22 Suportede estabilidadedobrável . . . 93

4.23 Sistemaderegulaçãodeesforçofísi oadaptadoaumdis ome âni o

( on- eito 1) . . . 94

4.24 Sistema independente de regulação de esforço físi o a oplado no quadro

( on eito 2) . . . 95

4.25 Sistemasde geração deenergia . . . 96

4.26 Integração dosdispositivoseletróni os . . . 97

4.27 Geometrias onsideradas parao quadro dabi i leta . . . 98

4.28 Soluções onsideradas paraoguiador da bi i leta . . . 99

4.29 Logótipo asso iado aoproduto desenvolvido . . . 102

4.30 Bi i leta FHUE- suporte multifunçõese transmissãopor veiome âni o . 103

4.31 Bi i leta FHUE- guiador esuportede xaçãodo telemóvel . . . 104

4.32 Suportemultifunções propor ionando umautilização indoor da bi i leta . 105

4.33 Sistema debloqueio dosuporte no uboda roda traseira . . . 106

4.34 Pormenordasguias edo sistemade bloqueio notubo doselim . . . 107

4.35 Sistema deregulação doesforço físi o . . . 108

(23)

4.39 Forqueta omamorte imento esuporte paragarrafade água . . . 112

4.40 Sistema deajuste emaltura e omprimento doselim . . . 113

4.41 Lo alizaçãodos LED sde sinalizaçãoda bi i leta . . . 114

4.42 Sistema detravagem pordis o me âni o. . . 114

4.43 Posturade ondução -posição a

90 ◦

dosbraços emrelaçãoao tron o . . . 115

4.44 Solução onstrutivado guiador dabi i leta . . . 116

4.45 Avanço do guiadorregulável . . . 116

4.46 Bi i leta FHUE- protótiposvirtuais . . . 117

4.47 Determinação da per entagem de inquiridos que provável (90%) e

deni-tivamente(20%) ompravam abi i leta . . . 124

5.1 Disposição dasengrenagensda transmissão. . . 128

5.2 Esquema representativo dasforças deengrenamento noveio dapedaleira . 133

5.3 Esquemarepresentativodasforçasapli adasedosmomentosetores(

N m

) no veioda pedaleira (plano

xz

) . . . 134 5.4 Esquemarepresentativodasforçasapli adasedosmomentosetores(

N m

)

no veioda pedaleira (plano

xy

) . . . 135 5.5 Tensõesde edên ia ede rotura em

M P a

de alguns açosde veios . . . 136 5.6 Fator

K

t

paraumveio om on ordân ia àexão . . . 137 5.7 Casosde alteração degeometria que impli am on entraçõesde tensões . 137

5.8 Esquemarepresentativodasforçasdeengrenamentosobreoveioda

trans-missão . . . 139

5.9 Esquemarepresentativodasforçasapli adasedosmomentosetores(

N m

) no veioda transmissão (plano

xz

). . . 140 5.10 Esquemarepresentativodasforçasapli adasedosmomentosetores(

N m

)

no veioda transmissão (plano

xy

). . . 140 5.11 Rolamento rígidode esferas(6004-2RSH) . . . 142

5.12 Con ordân iasadmissíveisediâmetrosmáximosre omendadosparao

alo-jamento de rolamentos rígidos deesferas . . . 143

5.13 Exemplo deumaligação por haveta . . . 144

5.14 Molasujeitaa esforçosde ompressão presente nadobradiça do guiador . 145

5.15 Molaheli oidal sujeitaauma arga axial. . . 146

5.16 Molado guiador sujeitaaesforços detração . . . 148

5.17 Soli itação verti al- dimensões emmilímetros . . . 150

5.18 Soli itação horizontal - dimensõesemmilímetros . . . 151

5.19 Condiçõesde fronteira e malha deelementos nitos . . . 153

5.20 Gradiente detensõesde VonMises(soli itação horizontal) . . . 154

5.21 Gradiente dedeslo amentos(soli itação horizontal) . . . 155

5.22 Gradiente detensõesde VonMises(soli itação verti al) . . . 156

5.23 Esquema representativo do diagramade forçasno suporte . . . 157

5.24 Cál ulo da larguramínima do suportemultifunções . . . 159

5.25 Condiçõesdefronteira emalhadeelementos nitosdosuportemultifunções161

5.26 Perlde tensõesdeVon Misesnosuporte multifunções . . . 162

5.27 Perldasdeformaçõesprin ipais nosuporte multifunções . . . 162

(24)

A.3 Ângulo dadireção EN-14764. . . 180

A.4 Espaço livreadmissívelentreo pedal eo pneu EN-14764 . . . 180

B.1 Layout do primeiro questionário realizado . . . 184

B.2 Layout do segundoquestionário realizado . . . 185

(25)

Abreviaturas

QFD Quality Fun tionDevelopment

CAD Computer Aided Design

FMEA Failure Mode andEe ts Analysis

MEF MétodosdosElementos Finitos

INE Instituto Na ionalde Estatísti a

GEE Gasesde Efeito deEstufa

UE-27 União Europeia a27 Estados

AEA Agên ia Europeiado Ambiente

OMS Organização Mundialde Saúde

ZER Zona deEmissõesReduzidas

BTT Bi i letaTodo o Terreno

DFM Design for Manufa turing

LED Light Emitting Diode

USB UniversialSerial Bus

(26)

(27)

Introdução

1.1 Motivação

O setor dos transportes em geral e o setor rodoviário em parti ular onstituem as

prin ipaisfontesparaoaque imentoglobal,prin ipalmentedevido àqueimade

ombus-tíveisfósseis,mastambémemvirtudedetodooimpa toambientalinerenteàfabri ação

destes meios. Assim, é de todo o interesse en ontrar formas de mobilidade alternativas

que possam não substituir toda a função do automóvel, mas uma substituição par ial

dassuas funçõesdemobilidade.

Neste ontexto, a bi i leta tem sido utilizada omo meio de mobilidade individual

que pode substituir o automóvel, essen ialmente em zonas urbanas e rurais. Na última

dé ada, por questões de preo upação om o bem-estar e a saúde, a bi i leta, quer em

ginásio, quer em ir uito temsido umdosmeiosde exer í iofísi o maisfrequentemente

utilizados. Na áreado lazer, ada vezmais abi i leta épro urada omomeio lúdi o de

passeio, emespe ialemmeio urbano. É per etívelquea bi i letaassuma ada vez mais

importân ia, quer na áreada mobilidade individual, da saúdee do bem-estar, tal omo

na áreado lazer emesmo nodesporto.

Tendoem ontaasdiversasapli açõesdabi i letaemdiferentesatividades,édetodo

o interesse o desenvolvimento de um on eito de bi i leta que a partir de uma mesma

plataformapossaseradaptadaou onguradaàsdiferentesutilizações,permitindodeste

modo a sua apli ação a diferen iadas atividades sem des orar a portabilidade,

ara te-rísti a deste meio detransporte.

1.2 Objetivos

O objetivo do trabalho desenvolvido no âmbito desta dissertação visou o

desenvol-vimento, a on eção e o projeto detalhado de uma bi i leta multímodo, uja prin ipal

ara terísti a é aversatilidade de omutação entre umautilização dinâmi a

( onven io-nal) eestáti a (indoor).

O on eitode bi i leta desenvolvido pro urou satisfazer o aspeto da mobilidade

in-dividual numa perspetiva de lazer, re reativa, de reabilitação físi a e, sobretudo, de

(28)

indoor, o on eitode bi i leta desenvolvido foi on ebido de modo a possibilitara

inte-gração e o arregamento de pequenos dispositivos eletróni os durante a sua utilização,

tornando oproduto maisatrativo para um onjunto diversi ado de utilizadores.

Numa fase ini ial do projeto foi delineado que a propulsão da bi i leta iria ser

ex- lusivamente manual. Deste modo, e om base numa análise de ben hmarking a uma

gama de produtos semelhantes, ao nível da fun ionalidade do produto a desenvolver,

foram identi ados módulos ne essários a in orporar no produto base que permitiram,

posteriormente, dar resposta aosobjetivosde utilização estabele idosini ialmente.

Apartirdeste ponto pro edeu-seàapli ação deumreferen ialde projetoe de

enge-nharia doproduto. Estereferen ialtraduziu-se num onjunto de etapasquevãodesdea

interação eidenti açãodasne essidadesdosutilizadores,atravésda riaçãode

questio-náriosonline,passandopelaseleçãodevaloresalvodasespe i açõesté ni asdabi i leta

e da suarelação atravésda asada qualidade (QFD).

Na fase seguinte, onsiderou-se um onjunto de soluções para as diferentes funções

da bi i leta, sendosele ionadas asmais adequadas. Posteriormente, deniu-se o design

dabi i leta, amodelaçãoe oprojetome âni onaperspetivadedesenhoparafabri ação

(DFM). Estaetapain luiuaelaboraçãodeumdossierté ni o omosrespetivosdesenhos

dedenição,demontagemede onjuntoasso iados omarespetivalistade omponentes.

1.3 Estrutura

Estadissertaçãoen ontra-se estruturada emseis apítulos distintos.

No apítulo 1 (presente), é feita uma introdução de todo o trabalho desenvolvido

servindo omoguia domesmo.

No apítulo 2, referem-sedados qualitativos e quantitativos relativamente aosefeitos

que o setor dos transportes provo a na saúde públi a, no ambiente e na

e ono-mia. Érealçado opapelda bi i letana so iedade omo alternativa de mobilidade

sustentável e o seus benefí ios na saúde públi a e individual. Posteriormente, são

men ionados alguns dados a er a da indústria de bi i letas. Numa fase seguinte,

realizou-se umaanálise de ben hmarking a uma gama de produtos e a sua

ara -terização em termos de design, peso, materiais, pro esso de fabri o, entre outras

ara terísti as. Neste apítulosão referidas asprin ipaisnormas europeias e a

le-gislação na ionalemvigorapli adas no setordas bi i letas.

No apítulo 3, realizou-se uma análise biome âni a asso iada à práti a do i lismo

om espe ial enfoque dos membros inferiores e ao nível da postura orporal. São

men ionadas eavaliadasas apa idadesdeforçase amplitudesde movimentosque

podemserdesenvolvidospelosmembrosinferiores. Emseguida,referem-seaspetos

ergonómi os e antropométri os e o modo omo estes inuen iam o orreto

(29)

No apítulo 4, pro edeu-se à apli ação de todo o pro esso de on eção e projeto de

engenharia de produto, orrespondendo este apítulo ao trabalho prin ipal desta

dissertação. É realizada uma identi ação, interpretação, hierarquização e av

alia-çãodasne essidadesde"poten iais" lientes,tendo ombasea riaçãoedivulgação

de doisquestionáriosonline. Seguidamente sãodenidas asespe i açõesté ni as

queforam ombinadas omosrequisitos do lientenamatrizdaqualidade(QFD).

Neste apítuloforam desenvolvidos um onjunto de soluçõesté ni asparaas

dife-rentes funções da bi i leta, sendo posteriormente avaliadas através de ritérios de

seleção.

Numafaseseguinte, deniu-setodoodesign dabi i leta, orrespondendo estafase

à modelação geométri a e apresentação de umlogótipo representativo do projeto.

Posteriormente, foram riadosum onjunto de protótiposvirtuaise, noâmbito de

design robusto, foirealizada umaanálisedemodosdefalha(FMEA )sobrea

pers-petiva do utilizador.

No apítulo 5, elaborou-se todo o trabalho de projeto de detalhe da bi i leta om os

desenhos de onjunto, montagem e denição, assim omo o dimensionamento

es-truturaldasprin ipaisestruturas dabi i leta, omre ursoasoftware deelementos

nitos e através de ál ulo analíti o. Veri ou-se o dimensionamento do quadro,

doselementos onstituintes datransmissão (engrenagens, rolamentos, veios e

liga-ções me âni as), das molas presentes no guiador e dimensionamento e a largura

mínima dosuporte multifunções.

No apítulo 6, estabele em-se as prin ipais on lusões do trabalho realizado,

(30)

(31)

A Mobilidade Individual

Neste apítulosãoreferidosdadosestatísti osqualitativosequantitativosa er a dos

impa tes ambientais,e onómi os enasaúdepúbli ade orrentesdousoex essivodos

re- ursosenergéti os,provenientesdosetordostransportes. Éapresentadaabi i leta omo

forma de mobilidade sustentável, assim omo sãomen ionados osbenefí ios de orrentes

da sua utilização na saúdepúbli a e em termos individuais. Posteriormente, são

referi-dos alguns dados a er a da indústria dasbi i letas, om espe ialreferên ia à indústria

na ional. Numa fase seguinte, é realizada uma análise de ben hmarking a uma gama

de produtos queseenquadram no mesmosegmento doproduto proposto a desenvolver,

sendo omparados emtermos design,peso, materiais, omponentes, pro esso defabri o,

entreoutras ara terísti as.

Porm,sãoreferidasasprin ipaisnormaseuropeiaselegislaçãona ionalemvigorno

setor dasbi i letas. Oobjetivodeste apítuloé realçaro papeldabi i leta omoforma

de mobilidade sustentável, servindo omo ponto de partida e justi ação do presente

trabalho.

2.1 Problemáti a da Mobilidade Individual

O setor dos transportes, omo setor primário do desenvolvimento, tem um papel

fundamentalnaso iedadeenavida dos idadãos. Estesetor deverespeitarosprin ípios

do desenvolvimento sustentável, ou seja, deve satisfazer asne essidades de mobilidade,

promovendo a qualidade de vida numa perspetiva integrada que engloba preo upações

ambientais, so iais ee onómi as.

Nas so iedades modernas atuais, o automóvel representa um bem adquirido e

im-pres indível,no sentidoda independên ia quepropor iona àspessoasemtermos de

mo-bilidade individual, segurança, ou até mesmo omo sinónimo de estatuto so ial. Por

outro lado, é per etível queo automóvel altere ospadrões de desenvolvimento do

terri-tório, ontribuindo para um aumento dos níveis de poluição omo onsequên ia do uso

ex essivo edesregulado dos ombustíveisfósseis.

Fa eaopanoramaatualdasso iedades,amobilidade urbanatem sido adavez mais

dis utida a nível ambiental, e onómi o e na saúde públi a. Alguns aspetos estatísti os

rela ionados omestaproblemáti aserãoseguidamentemen ionadosanívelquantitativo

(32)

2.1.1 Saúde Públi a

Atualmente existem er a de850 milhõesde veí ulos rodoviáriosem todo omundo,

estimando-se que no ano de 2050 existam mais de 2 mil milhões de veí ulos [1 ℄. Em

Portugal, segundo os dados estatísti os do Instituto Na ional de Estatísti a (INE), a

estimativadeveí ulosrodoviáriospresumivelmente em ir ulação,em31dedezembrode

2011,as endiaa6milhõesdeveí ulos(6.181.188)dosquais98%eramveí ulosligeiros[2℄.

O elevado número de automóveis em ir ulação, muito ara terísti o dos grandes

entros urbanos, aeroportos e portos marinhos, onstitui uma das prin ipais ausas de

poluiçãoatmosféri a, sonorae de stress ambientalurbano.

Na Tabela 2.1en ontram-se osprin ipais poluentes emitidospelos motores de

om-bustão eosseus poten iais ris os paraasaúde.

Tabela2.1: Impa tesde ada poluente nasaúde. Adaptado de [3℄.

Poluente: Efeitos naSaúde: Comentários:

CO

(monóxidode arbono)

Redução da apa idade do

transportedeoxigéniono

san-gueaoste idos.

Extremamente perigoso para

uma urta exposição a altas

doses; o

CO

afeta a

per e-çãoera io ínio,inibeos

ree-xos, ausa sonolên ia eperda

dos sentidos, podendo ausar

morte.

N O

x

(óxidos de azoto)

Aumento da sus etibilidade

a infeções respiratórias;

au-mentodas viasaéreas em

pa- ientes asmáti os; diminuição

dafunçãopulmonar.

Espe ialmente perigoso para

uma exposição ontínua a

longo prazo, ausando

doen-ças róni as rela ionadas om

asfunçõesrespiratóriase

pul-monares.

HC

(hidro arbo-netos)

Efeitos tóxi os e

an eríge-nos;irritação nos olhos,nariz

e membranas mu osas, tosse,

náuseasefaltadear.

Perigoso e problemáti o para

umaexposiçãoalongo prazo,

ausandodoenças róni asno

sistema nervoso,

hematoló-gi o,imunológi o e

respirató-rio.

P b

( humbo)

Pressão arterial elevada;

perda de memória,

diminui-ção dos reexos e do tempo

dereação.

Constitui um ris o

signi a-tivopara rianças om menos

de6anosdeidadeea

mulhe-resadultasemidade

reprodu-tiva, ausandoefeitosagudos.

Partí ulas

Doenças ardiovas ulares,

res-piratóriasepulmonares.

Efeitos ausados por uma

urta exposição, são

reversí-veis; exposição a longo prazo

aumentaoris odemorte

au-sadoporinfeçõesrespiratórias

e ardiorrespiratórias.

SO

2

(dióxido de enxofre)

Consequên ias ao nível do

trato respiratório, ausando

uma redução da função

pul-monar.

Uma exposição prolongada

provo adoençasrespiratórias,

aumentandooris ode

(33)

2.1.2 Impa tes Ambientais

Osetordostransportes,emparti ularosetorrodoviário, onstituiumadasprin ipais

fontesdeemissõesdegasespoluentesnaatualidade, nãosódevidoaousode ombustíveis

fósseis omotambém aosimpa tes inerentes na fabri açãodosveí ulosrodoviários.

Segundo osdados publi ados pela Agên ia Europeia do Ambiente(AEA), em2009,

estesetorfoiresponsávelpor er ade24%dototaldeemissõesdegasespoluentes(GEE )

na União Europeia (sub 32) [4℄. Sendo o setor rodoviário o prin ipal emissor de gases

poluentes, omo épossívelobservar na Figura2.1.

Figura 2.1: Contribuição do setor dos transportes para as emissões totais de GEE em

2009. Adaptado de[4 ℄.

Emboranãosejapossívelidenti ar umarelaçãodireta entreospoluentes

atmosféri- osemitidoseasalterações limatéri as sofridas,o limaéfortementeafetadopela

alte-ração da on entração de determinadosgases, modi ando o equilíbrio entre a radiação

solarprovenienteeouxoderadiaçãoenviadoparaoespaço,provo andoodenominado:

"efeito de estufa"[1 ℄.

As onsequên ias ambientais provo adas por este desequilíbrio podem-se manifestar

a nível lo al, regionale global. A Tabela2.2refere asprin ipais onsequên ias.

Tabela2.2: Impa tesambientais provo ados pelosetor dostransportes. Adaptado de [1℄

e [5 ℄.

Nível Impa te Ambiental

Lo al

Poluiçãoatmosféri aespe ialmente emáreasurbanas:

CO

;

HC

;

N O

x

; Partí ulas;Ruído. Regional Chuvasá idas:

N O

x

;

SO

2

(34)

2.1.3 Impa tes E onómi os

No ano de 2010, o setor dos transportes foi responsável por um onsumo total de

energia de31.7%(UE-27 ), sendoeste valorsuperiorà energia onsumidapelaindústria

(25.3%),Figura 2.2.

Figura2.2: Consumo naldeenergia por setor (UE-27 ). Adaptado de [6 ℄.

Em Portugal, o onsumo de energia absorvido pelo setordostransportes representa,

nosdias dehoje, quase 40%do onsumo total de energia [1 ℄.

Oelevado onsumo energéti o, absorvido pelo automóvel, traduz-se num gasto

e o-nómi o adavezmaisvisívelnasso iedadesatuais,dadoo res enteaumentodospreços

dos ombustíveis. De fa to, a nível na ional, as famílias portuguesas gastam em média

1843eurosporanoemenergia,representando er ade50,6%daenergia onsumidapelo

automóvel parti ular. Assim,o automóvel parti ular é nosdias de hoje responsávelpor

(35)

2.2 A Bi i leta e a Mobilidade Urbana Sustentável

Não existe na bibliograa uma data on reta sobre o surgimento da bi i leta. No

entanto,a bi i letatal omoa onhe emos nosdiasdehoje surgiu emmeadosdo sé ulo

XX, representando umdos meiosde transporte mais populares e re reativos emtodo o

mundo [8℄.

Abi i leta onstitui ummeio detransporterelativamentebarato, defá il utilização,

e ológi oe te nologi amentesimples. Estemeiodetransporteémuito omumempaíses

em desenvolvimento, dado osseus baixos ustos de utilização. Por outro lado, é muito

frequenteempaísesdesenvolvidosondeatopograaurbana onvidaaumautilizaçãoem

pequenasdeslo ações.

Existe um onjunto variado de estilos e variantes de bi i letas, desde desportivas,

utilizadas em provas de alta ompetição, itadinas e re reativas, utilizadas em meios

urbanos e empequenas deslo ações. Por outro lado, é possível veri ar uma utilização

onsiderável de bi i letas indoor em ginásios e instituições desportivas, representando

umaboa formade manutenção e ondi ionamento físi o.

Tendên ias Atuais

Atendên iaatualdestesetor, onsistenaintrodução ompletaoupar ialdebi i letas

elétri as (Figura 2.3(a)). Esta ara terísti a onvida a uma utilização em per ursos de

longadistân ia,assim omoemsituaçõesondeain linaçãodoterrenonãoé onvidativa.

Umaoutravantageméofa todeusufruíremde ara terísti asdasbi i letastradi ionaise

dosmoto i los,umavezque, pornorma,nãone essitamqueo ondutorpossuaqualquer

tipode li ençade ondução.

(a)Bi i letaassistidaeletri amente[9 ℄ (b)Bi i letadobrávelelétri a[10 ℄

Figura2.3: Modelos de bi i letasatuais

Asbi i letas dobráveisrepresentam outradasinovaçõesintroduzidas nosetor. Estas

bi i letas,sendobastante ompa tas,permitemquesejamtransportadasemoutrosmeios

de transporte (p.ex. auto arro, omboio e automóvel). Atualmente já existem modelos

(36)

Sendoummeio de transporte e ológi o, ompa to esilen ioso,abi i letaé ada vez

maisutilizada omomeio delazer,desportoe,sobretudo,numavertentedemobilidade

urbana. Nos dias de hoje, existem sistemas de aluguer de bi i letas disponíveis em

algumas idades europeias. Alguns exemplos destes sistemas, a nível na ional são as

Bi i letasde Utilização Gratuita de Aveiro - Buga(Figura 2.5(a))e asbi i letas de uso

públi o in luídas no PlanoEstratégi ode Transportede Beja- Petra(Figura 2.5(b)).

(a)Buga- idadedeAveiro

(b)Petra- idadedeBeja [11℄

Figura2.4: Sistemas dealuguer de bi i letas

Estes sistemas de aluguer de bi i letas têm omo objetivo representar uma es olha

sensata em pequenas deslo ações, ontribuindo para uma diminuição dos impa tes do

automóvel e uma diminuição dos ongestionamentos urbanos, dado que as bi i letas

o upamumespaço signi ativamentemenor queosautomóveis.

Uma outra medida de mobilidade urbana sustentável, adotada em algumas idades

(37)

existe em determinados entros urbanos lo ais onde a ir ulação de veí ulo, seja de

qualquer tipo, é permitida, mas taxada (Figura 2.5(b)). A restrição e a regulação da

ir ulaçãodosautomóveisem entrosurbanos,paraalémde ontribuirparaumaredução

dosimpa tes do automóvel, onstitui umin entivo àutilização demeios suaves, omoé

o asoda bi i leta.

(a)Lisboa-AvenidadaLiberdade

(b)Londres

Figura2.5: Medidas demobilidadeurbanasustentável: (a)Zonade EmissõesReduzidas

(38)

2.3 A Bi i leta e a Saúde Individual

A bi i letaé umveí ulo quepropor iona grandes benefí ios na saúde individual em

termosfísi oemental. Dadaaimportân iadestetema,aOrganizaçãoMundialdeSaúde

(OMS )asseguraqueobem-estardapopulaçãoéumdosfatores havequere rutamuitas

pessoas a optarem por andar de bi i leta nassuas atividades de lazer e na mobilidade

diária.

Dado o elevado poten ial da utilização regular da bi i leta, esta pode ontribuir de

forma positiva a uma progresso ou a um tratamento na saúde em diversos níveis, tais

omo [14 ℄:

- Controlo de peso.

- Maiorexibilidade e forçamus ular.

- Reduçãoda ansiedadeedepressão.

- Fortale imento damassaóssea.

- Aumento da oordenaçãomotora epostura orporal;

- Prevenção ere uperaçãode doenças.

- Prevenção de doenças ardiovas ulares, de forma a estimular e a melhorar o oração,

ospulmõese a ir ulação nosvasossanguíneos.

- Prevençãodediabetes,umavezqueaspessoas omestilodevidasedentáriotêmmaior

probabilidade de ontrair este tipo dedoença.

- Diminuição dosníveis de gordura orporal.

- Melhoriassigni ativasde qualidadede vida.

Para além de onstituir uma boa forma de ondi ionamento e manutenção físi a, a

bi i letaemdeterminadas ir unstân iaséutilizada omoformadereabilitaçãoeterapia

físi a. Algunsestudos[15 ℄demonstramqueautilizaçãodabi i letanumavertenteindoor

onstitui umaformadeprevençãodedoenças róni as, onduzindoem urtoprazoaum

aumento davelo idade damar ha,da resistên ia físi a, daforça mus ulare simetriada

passada.

Pedalar é umaatividade físi aqueé prati adapor pessoas om diferentesbiótipose

ara terísti as siológi asdistintas. Destemodo,éoportuno onhe erogastoenergéti o

asso iadoa esta atividade. A taxa metabóli a representa o número de alorias gastas

numadeterminada atividade por massa orporal e por minuto, medida em unidades de

met (medida da intensidade de exer í io aeróbi o). Por sua vez, um met representa

a energia gasta por uma pessoa sentada (em repouso), sendo igual a

0, 00175[kcal] ×

[kg

−

_{1] × [min}

−1

_]

. O gasto energéti o das diversas atividade físi as pode ser expresso

omo múltiplos da taxa metabóli a em repouso. Assim, o gasto energéti o asso iado a

(39)

NaTabela2.3sãomen ionadasasunidadesdemetasso iadasàatividadedepedalar

em diversas ir unstân ias.

Tabela 2.3: Gasto alóri o da atividade depedalar. Adaptado de [16℄.

Atividade Físi a: Pedalar Gasto Calóri o

Des rição: (mets)

Vel.

< 16km/h

- lazer,deslo açõesquotidianas 4 Vel.

16

a

19km/h

- lazer,esforço leve 6 Vel.

19

a

22km/h

- lazer,esforço moderado 8 Vel.

22

a

25km/h

- esforço elevado 10

Vel. superior a

30km/h

12

Vel. superior a

32km/h

16

Bi i letaBTT - geral 8,5

Bi i letaindoor geral 5

Bi i letaindoor (

50W

) - esforçomuito reduzido 3 Bi i letaindoor (

100W

) - esforço reduzido 5,5 Bi i letaindoor (

150W

) - esforço moderado 7 Bi i letaindoor (

200W

) - esforço elevado 10,5

Dea ordo oma Tabela2.3, ea títulode exemplo,umapessoa om 72

kg

de massa orporal aopedalar durante40 minutosa umavelo idadedepasseio(16-19

km/h

) asso- iado a umgasto energéti o médio de 6 mets, poderá despender aproximadamente 300

Kcal

dea ordo oma equação (2.1):

(40)

2.4 Mer ado das Bi i letas

Segundo os dados publi ados pela asso iação europeia da indústria de bi i letas,

COLIPI-(ComitédeLlaisondesFabri antsEuropéensdeBl y lettes),em onjunto om

aindústria de omponentes ea essórios, COLIPED-(ComitédeLiaisondes Fabri ants

de Piè es et Equipements de Deux-roues des pays de la C.E), anualmente, na União

Europeia (UE-27 ), são vendidas er a de 20 milhões de bi i letas, sendo este valor

superior a qualquer outro meio de transporte (p.ex, automóveis, moto i los, et .). A

mesma fonte, refere que os idadãos europeus possuem mais bi i letas do que qualquer

outro meiode transporte[17℄.

ATabela2.4ilustra osprin ipaispaísesprodutoresdebi i letaseaper entagemque

ada produtorrepresenta nonúmerototal de bi i letasproduzidas, referentes aoano de

2011.

Tabela 2.4: Produção de bi i letas (UE-27 ). Adaptado de [17℄.

País Nº Bi i letasproduzidas (

×1000

) Ranking [%℄

Itália 2.310 19,65 Alemanha 2.288 19,46 Holanda 1.200 10,21 França 900 7,65 Polónia 892 7,59 Portugal 782 6,65 Bulgária 642 5,46 EU 27 11.758 100

DaanálisedaTabela2.4,Portugal surge omoosextoprodutordebi i letas omum

númerototalde782milunidadesproduzidasem2011,representando er ade6,65%no

ranking europeu.

Observa-se que a Itália e a Alemanha guram os dois países om maior número de

unidades produzidas fa eaosrestantesprodutores.

ATabela2.5representaaevoluçãodonúmerodebi i letas vendidasnaUnião

Euro-peia(UE-27 )referenteao períodode 2006 a 2011.

Tabela2.5: Evolução donúmero debi i letas vendidas (UE-27 ). Adaptado de [17℄.

Ano 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Nºdebi i letasvendidas(

×

1000) 21.033 21.344 20.206 19.582 20.261 20.039 Evolução[%℄ 0,58 1,48 -5,33 -3,09 4,49 -2.06

PelaanálisedaTabela2.5, onstata-sequeonúmerodeunidadesvendidastemsofrido

os ilaçõesnos últimos anos. Em 2011 foram vendidas er ade 20 milhões de bi i letas,

veri ando-se umde rés imode 2,06%fa eao anode 2010.

Noquediz respeito aonúmerode bi i letasvendidas ao públi o,e dea ordo omos

(41)

Tabela 2.6: Número de bi i letasvendidas ao públi o,em 2011. Adaptado de [17 ℄.

País Nº debi i letas vendidas (

×1000

) Ranking

Alemanha 4.050 1 Grã-Bretanha 3.580 2 França 3.200 3 ... ... ... Portugal 320 16 EU 27 20.039 100%

Paralelamente, onstata-sequeempaíses omoaAlemanha,Grã-Bretanha eFrança,

o número de unidades vendidas as endeos3 milhões.

Em on ordân ia omosdadosdasTabelas2.4e2.6, onstata-sequeanívelna ional

o número de bi i letasproduzidas supera o número de unidades vendidas numa relação

de aproximadamente 2,4vezes superior. Defa to,algumas fontes[18℄ referemqueparte

da produção na ional tem omodestino osmer ados interna ionais, om forte presença

o mer ado espanhol.

A indústria na ional de bi i letas é onstituída por pequenas e médias empresas

responsáveisporempregarem er ade1.190trabalhadores,dosquais690fazemparteda

produção debi i letase osrestantesda produçãode omponentesea essórios, referente

ao ano de 2011 [17 ℄. A nível na ional, desta am-se as seguintes empresas: Órbita

-Bi i letasPortuguesas,Lda., Miranda &Irmão, Lda. eRodi Wheels and Rims.

Tendo em onta os dados referidos anteriormente, onstata-se que o setor das

bi- i letas é visto omo um setor importante, não só pela sua dinâmi a organiza ional,

omotambémpelasuaatividadeexportadora,dandoorigemaummer ado omdistinta

ompetitividade global[18 ℄.

Por m, é de salientar que embora seja um setor tradi ional a nível na ional, é

responsável por um volume de exportações anualmente de 160 milhões de euros na

(42)

2.5 Normas e Legislação

Numafaseini ialdoprojeto,edadaanaturezadoprodutoadesenvolver,épertinente

onhe eralegislaçãoemvigor omvistaaumahomologaçãodasua ir ulação. NaTabela

2.7 sãoresumidasasprin ipaisnormas atualmente apli adasno setor dasbi i letas.

Tabela 2.7: Normas europeias apli adasno setor dasbi i letas[19℄.

Norma Europeia Designação

EN 14764:2005

"Bi i letasde estrada ehíbridas - Requisitosde

segu-rançae métodosde ensaio."

EN14766:2005

"Bi i letas de montanha - Requisitos de segurança e

métodosde ensaio."

EN14781:2005

"Bi i letasde orrida-Requisitos desegurança e

mé-todosdeensaio."

EN16054:2012

"Bi i letasBMX-Requisitos de segurançae métodos

deensaio."

EN14872:2006

"Bi i letas - A essórios para bi i letas - Suportes de

bagagem."

Bi i letas Indoor

EN 957-10:2005

"Equipamento de treino xo - Parte 10: Bi i letasde

exer í io om roda xa ou sem roda livre, requisitos

espe í os de segurança adi ionais e métodos de

en-saio."

Do onjunto de normas referidas na Tabela 2.7, onsiderou-se emtermos de projeto

a norma EN 14764. De uma forma resumida, a norma 14764 espe i a um onjunto

de requisitosaonívelde segurança ede desempenho para a on eção,montagem e teste

de bi i letas. Na Tabela A.1, presente no Apêndi e A.1, são men ionados osprin ipais

requisitosda norma14764 onsiderados nopresenteprojeto.

Umdosaspetos men ionadosna norma 14764 dizrespeitoaosdispositivosde

ilumi-nação, sendo que este do umento refere que "uma bi i leta urbana ou de turismo não

ne essitadepossuirdispositivosdeiluminação. Noentanto,ofabri antedeveinformarao

ondutoralegislaçãona ionalemvigornopaísondeabi i letaserá omer ializada"[20℄.

Deste modo, a nível na ional, a portaria nº.311 - B/2005 de 24 Março dene um

onjuntode ara terísti asdasluzes depresençane essáriasà ir ulação emviapúbli a.

(43)

2.6 Ben hmarking

O Ben hmarking é ummétodo que permite avaliar omparativamente umproduto,

empresaouorganizaçãofa eàsua on orrên ia. Deumaformaresumida,oben hmarking

onsiste na pro urade melhores métodosutilizados nos diferentes pro essos de negó io

e nasfunções empresariais, omespe ial ênfasenaquelas quepermitemassegurar e

sus-tentarvantagens ompetitivas. Estemétodopode serusadoporempresas,independente

da suadimensão, ujo seusetor deatividade podeser distinto [21℄.

No ontextodedesenvolvimentodeumproduto,oben hmarkingpermite,emprimeiro

lugar, identi ar as empresas ou instituições tidas omo referên ia do setor, ou seja, as

empresas queproduzemdeterminado produtoou forne emdeterminado serviço omum

máximo de lu ro aliado aumelevado grau desatisfação dos onsumidores [22 ℄.

Nopresente projetoforamalvode ben hmarking umagama debi i letasatualmente

disponíveisnomer adoqueseinseremnosegmentodebi i letasdesportivas,deturismo,

urbanas e indoor, de gama domésti a e prossional. Alternativamente foi in luído um

modelo de umabi i letaelétri a.

NaTabela 2.8,ilustram-se asmar asanalisadas neste projeto.

Tabela2.8: Mar asanalisadas no ben hmarking.

Bi i letas desportivas/urbanas & elétri as

Bi i letas Indoor

2.6.1 Bi i letas Órbita

A onstrutora portuguesa de bi i letas Órbita - Bi i letas Portuguesas, Lda.,

fundada a 2 de fevereiro 1971 e sediada no distrito de Aveiro, exporta mais de 70% da

sua produção e en ontra-se presente em mais de 15 mer ados mundiais. Para além da

produção e venda de bi i letas, a empresa dispõe de entros de ensaios e ontrolo de

qualidade quelhepermite umamaior ompetitividade e qualidade dosseus produtos.

A Órbitapossuium onjunto diversi ado de modelos de bi i letasque lhe permite

(44)

lazer, desportivas, de estrada e bi i letas BTT, uja onstrução doquadro pode ser em

aço, alumínio ouatémesmo quadrosreforçadosembra de arbono [9℄.

Do onjuntodemodelosdebi i letas omer ializadospelamar a,foramsele ionados

três modelos de bi i letasurbanas/desportivasrepresentados naFigura2.6.

(a)Strada 26"

(b)Trekking 21VH

( )CountryTour

(45)

2.6.2 Bi i leta Smart

ASmart ®

éumfabri antedeautomóveisqueperten eaogrupoDaimlerAG.Além

daproduçãodeautomóveis,em2012,amar a onstruiuumabi i letadenominadaSmart

ele tri bike ouebike, Figura2.7(a).

Para além das ara terísti as que são possíveis de se en ontrarem numa bi i leta

omum, a Smart ebike enquadra-se no segmento de bi i letas assistidas eletri amente,

queparaalémdepermitirasuapropulsãomanual, possuiummotor elétri ono uboda

roda traseira (

250 W

)e umabateriaquepode possibilitarumaautonomia de utilização até100

km

.

Éde frisarqueestabi i letapossuiuma orreiadentada embra de arbono,sendo

maissilen iosa erequerendomenos manutençõesqueo sistema onven ional de arretos

e orrenteem aço (Figura2.7(b)). Umaoutra ara terísti a deste modelo, é a presença

de umsuportequepermite axação eo arregamento deumtelemóvel(Figura 2.7( )).

ASmart ebike não só onstitui umbom exemplodas atuais tendên ias no setor das

bi i letas, omoexibeumdesign úni oquelhe onferiu oprémioreddot design award

- best of best 2012 [23℄.

(a)Bi i letaSmartebike (b)Pormenorda orreiadentadaem arbono

( )Integraçãodetelemóvel

(46)

2.6.3 Bi i letas BMW

ABMW

®

é onhe ida omoumamar aalemãdereferên iaemtermosdesegurança,

onforto,qualidadeedesigndosseusautomóveis. Estamar afoisele ionada node orrer

da análise de ben hmarking, uma vez que para além do fabri o de automóveis, este

fabri ante apresenta um onjunto variadode modelos de bi i letas.

Dadoo onjunto demodelosdisponíveispelamar a,foramsele ionadosdoismodelos

de bi i letas urbanas/desportivas,Figura 2.8(a) e(b).

(a)Touring2012

(b)Cruise2012

Figura2.8: Modelos de bi i letasBMW [24℄.

EstesdoismodelospresentesnaFigura2.8, emboranãopossuamqualquera rés imo

de fun ionalidade fa e aos modelos da Órbita e sendo onstruídos no mesmo material,

diferem nopro esso de obtenção dageometria daspeças quedão forma aoquadro. Nos

doismodelosBMWageometriadoquadroéobtidapelopro essohydroforming,exibindo

umdesign distinto. Contrastando omosmodelosÓrbitaemqueageometriadoquadro

é ovalou ir ular.

(47)

2.6.4 Bi i letas Spe ialized

Afundação daSpe ialized ®

datao anode 1974. Este fabri ante ameri ano étido

omoumareferên ianosetordasbi i letasdevidoàqualidadedosseusprodutos,estando

in lusivamente presente emequipasde i lismo dealta ompetição.

Para além das bi i letas, este fabri ante produz uma vasta gama de omponentes

e a essórios para o setor. Uma outra ara terísti a desta mar a, reside na variedade

de modelos que lhe permite estar presente em todos os ni hos de mer ado, in luindo o

segmento de bi i letas elétri as[25℄.

Foramalvodeben hmarking osmodelos debi i letaspresentesnaFigura2.9(a), (b)

e ( ).

(a)CrossoverEliteDis

(b)Expedition

( )SirrusComp

(48)

2.6.5 Bi i letas Indoor

No de orrer da atividade de ben hmarking, omo referido anteriormente, foi

anali-sadoum onjunto de modelos de bi i letasindoor utilizadas numavertentedomésti a e

prossional.

Asbi i letas indoor podemservistas omoumaadaptaçãode umabi i leta

onven- ional, dado que o seu surgimento é posterior às bi i letas onven ionais. A utilização

deste tipo de produto está vo a ionada para a reabilitação físi a e, sobretudo, para o

ondi ionamento físi odosusuários, estando presente emginásios,asso iações

desporti-vase líni as de reabilitação físi a (Figura 2.10). Este tipo de modalidade tem vindo a

apresentar ada vez mais adeptos, uma vez que a sua práti a não está dependente das

ondições limatéri as, nem dotráfego dos entros urbanos[26℄.

Figura2.10: Exemplo de utilizaçãode umabi i letaindoor,CortesiaClube7 Ginásios.

Em termos onstrutivos, asbi i letas indoor têm omo objetivo prin ipalo onforto

e a orreta adaptação do utilizador, permitindo regular parte dos omponentes (ajuste

do selimeguiador emalturae omprimento). Outro aspetovisíveléa geometriada sua

estrutura idealizada,parapermitiro fá ila esso.

NaFigura2.11sãorepresentadososprin ipais omponentespresentesnumabi i leta

(49)

Figura2.11: Esquemarepresentativodosprin ipais omponentes deumbi i letaindoor

[27 ℄. [Legenda: 1-Guiador;2-Ajustedoguiador;3-Reguladorde arga;4-Travãode

emergên ia; 5- Travão;6- Rodalivre;7- Selim; 8- Tubodo selim;9- Ajustedo selim;

10 - Tubo de suporte do espigão do selim; 11 - Pedaleira; 12 - Pedais; 13 - Carenagem

de transmissão;14 - Quadro.℄

Alémdosdispositivosderegulaçãodoselimedoguiador,asbi i letasindoor possuem

um sistema de uma roda livre e um dispositivo de regulação da arga que permite ao

utilizador adequaro esforço físi o.

Modelos Sport Zone

Do onjunto de modelos de bi i letas indoor, disponíveis pela Sport Zone ®

, foram

sele ionados três modelos de bi i letas. Os modelos presentes na Figura 2.12, além

possuíremumageometriae umdesign distinto, diferemessen ialmentenomodo omoé

feita aregulação doesforço físi o.

Na Figura2.12(a), a regulaçãodo esforço físi o éfeita por pastilhas, uja geometria

do dispositivo é semelhante aos sistemas de travagens presentes nas bi i letas omuns.

Já na Figura2.12(b) aregulaçãoé feitaatravésde umtravão magnéti o. No modeloda

Figura2.12( ),aregulaçãodoesforçoéfeitaporfri ção. Algunsfabri antesdebi i letas

indoor optam por dotar osseus modelos om um onjunto de atributos,que têm omo

objetivo atrairomáximo de ompradores,por exemplo,através deventilaçãointegrada,

(50)

(a)H9155SB1.0

(b)Marte

( )STROM5.0

(51)

2.6.6 Modelos Con eptuais

Node orrerdaatividadedeben hmarking foramen ontradosalguns on eitos

inova-dores de bi i letasao nívelda fun ionalidade, dageometria, dosmateriais e,sobretudo,

ao nível do design. Seguidamente, ostrabalhos apresentados podem aindase en ontrar

numafase on eptualdedesenvolvimento ouaperfeiçoamento. No entanto, optou-sepor

apresentaralgumassoluçõesanalisadas. Na Figura2.13,ilustram-se algunsdosmodelos

on eptuais onsiderados.

(52)

2.6.7 Análise Comparativa

AsTabelas2.9,2.13e2.10ilustramarealizaçãodaanálise omparativa,efetuadaaos

produtos anteriormente apresentados, atravésde espe i açõesforne idas pelos

respeti-vosfabri antes.

Tabela2.9: Análise omparativa - bi i letasindoor [28 ℄.

Modelo(Referên iadofabri ante):

H9155SB1.0(04743453) Marte(04674038) STROM5.0(04724123)

Preço:

e

499,00

e

129,00

e

kg

Sistemaderegulaçãode arga: Pastilhas Travãomagnéti o Fri ção

MonitorLED

X

Sport700

×

28C Hemisphere26

in

Trigger700

×

38C

A essórios

Guarda-lamas

Reetoreslaterais -

X

-

-Posturade ondução Desportiva Desportiva Clássi a Desportiva

Assistên iaàpedalada Sim Não Não Não

Aspetoformal Fun ionaleestéti oemoderno Fun ionaleestéti o

Transmissãodepotên ia Correiadentadaem arbono Correnteemaço

Nºderelaçõesdetransmissão Cubode3vel. 27 21 24

Integraçãodetelemóvel Sim Não Não Não

Sistemadetravagem Hidráuli odedis o V-brake V-brake V-brake

Manípulos Rotativo ShimanoRapidre Rotativo ShimanoRapidre

Avançodoguiador Rígido Rígido Dequilhaajustável Rígido

Suspensãodaforqueta Não Não Sim Sim

Pesototal(kg) 26,1 - - -Preçodeaquisição[

e

℄

≈

3000,00 814,00 539,00 864,00 edro Daniel Almeida Rios Dissertação de Mestr ado

(54)

Tabela 2.11: Dimensõesdosquadros(Spe ialized)[25 ℄.

Tabela2.12: DimensõesdosquadrosBMW [24 ℄.

S (41 m, altura até168 m)

M (46 m, altura até165-178 m)

L (51 m, altura até174-190 m)

(55)

Mobilidade

Individual

29

Tabela 2.13: Análise omparativa - modelos de bi i letasÓrbita eBMW [9℄,[24℄.

Modelo

Espe i ação: Strada26" Trekking21VH CountryTour Touring2012 Cruise2012

Material

Quadro Aço Alumínio Alumínio Alumínio(AL6061-T6) Alumínio(AL6061-T6)

Forqueta Aço Suspensão Suspensão Suspensão(75mm) Suspensão(75mm)

Dimensões

Comprimentodoguiador - - - 580mm 600mm

Quadro 457

mm

17-19-21

in

18

in

Tabela2.12

-

-Cárter orrente

X

-

X

-Suportebagagemfrontal

X

- - -

- -

-Posturade ondução Clássi a Desportiva Clássi a Desportiva Desportiva

Assistên iaàpedalada Não Não Não Não Não

Aspetoformal Fun ionaleestéti o Fun ionaleestéti o Fun ionaleestéti o Fun ional,estéti oemoderno

Transmissãodepotên ia Correnteemaço

Nºderelaçõesdetransmissão ShimanoTY21 21 ShimanoNexus3vel. ShimanoDeore,27velo idades

Integraçãodetelemóvel Não Não Não Não Não

Sistemadetravagem V-brake V-brake V-brake V-brake V-brake

Manípulos Rotativo ShimanoST-EF51 ShimanoNexus3vel. ShimanoDeore ShimanoAlivio

Avançodoguiador - - - BMWOriginalTrekkingmateS:90,M/L/XL:110mm

Suspensãodaforqueta Não Sim Sim Sim Sim

Pesototal(kg) 19,720 13,50 16 16,3 13,9 Preçodeaquisição[

e

℄ 235,00 269,00 429,55 1299,00 899,00 edro Daniel Almeida Rios Dissertação de Mestr ado

(56)

(57)

Ergonomia, Antropometria e

Biome âni a do Ci lismo

Neste apítulo são abordados aspetos biome âni os, antropométri os e ergonómi os

rela ionados omapráti a do i lismo.

Numaprimeirafase,éfeitaumaabordagememtermosda inemáti aeda inéti ada

biome âni a do i lismo. É araterizada a atividade de pedalar, sendo men ionados os

prin ipais mús ulos e arti ulações asso iados ao movimento. Posteriormente, são

iden-ti adas asprin ipaisforças eamplitudes de movimento dosvários segmentos orporais

inerentes aoato de pedalar.

Numasegundaparte,referem-seosprin ipaisfatoresergonómi osessen iaisno

desen-volvimento de umabi i leta, sendo indi adas asvantagens edesvantagens dasposturas

orporais desenvolvidas. Por m,sãoabordados um onjunto de dadosantropométri os

ne essários parao orreto dimensionamento da bi i leta.

3.1 Biome âni a do Ci lismo

O i lismoé umdosdesportosmaispopularese prati adosemtodo omundo,sendo

muitas vezes asso iado à alta ompetição. Contudo, para além do uso ompetitivo, a

bi i leta é utilizada omo meio de ondi ionamento físi o, lazer, meio de transporte ou

atémesmo omomodo de reabilitaçãofísi a.

Amaioriadostrabalhosrela ionados omabiome âni ado i lismodividem-senuma

análise inemáti ae inéti ado movimento [29℄,[30℄.

Aanálise inemáti ado i lismoé responsávelpelades rição dosparâmetros

tem-porais, espa iais e espaço-temporais do gesto motor, sem ter em onsideração as forças

que originam o movimento. Por outro lado, numa análise inéti a é des rito todo o

(58)

3.1.1 Análise Cinemáti a

A inemáti a onsisteno estudodageometria,dopadrãoouda formademovimento

emrelaçãoaotempo. Estadivide-senumaanáliselinearouangular,envolvendo oestudo

do aspeto,daformae dasequên ia domovimento linearatravésdo tempo semqualquer

referên ia à forçaouao onjunto de forçasque ausam/resultamdo movimento [31 ℄.

Usualmente, estesmovimentos sãodes ritos ombasenostrêsplanos anatómi os de

referên ia. Na Figura3.1representam-seostrêsplanos anatómi os ombasenaposição

anatómi a de referên ia.

Figura3.1: Planostriortogonais om nabaseposição anatómi a dereferên ia [31℄.

Oplano sagital, tambémdesignado porplano ântero-posterior, divideo orpo

ver-ti almente em metades direita e esquerda, om ada metade ontendo a mesma massa.

(59)

separa o orpoem metadessuperiore inferior omumamassaigual. Paraumindivíduo

de péna posição anatómi a de referên ia,ostrês planos ardinais ruzam-se numúni o

ponto - entrode massaou entrode gravidade do orpo[31℄.

De uma forma generalizada, é possível armar que a atividade de pedalar onsiste

nummovimento que de orre essen ialmenteno plano sagital, Figura3.2. Omovimento

é ara terizado pela exão e extensão do joelho, dorsiexão e exão planar do

tornozelo [29℄.

Figura3.2: A atividade do i lismode orre essen ialmenteno planosagital [31 ℄.

Emboratenha sido araterizado o movimento omobidimensional, ogesto motor de

pedalar onsiste num movimento tridimensional omplexo, ara terizado pelas exõese

extensões dasarti ulações do tornozelo, da an a, do joelho, assim omo a abdução e a

aduçãoda arti ulação da an a,provo ando a rotação datíbia [29 ℄.

Análise de Movimento - Fases

Oatode pedalar onsiste nummovimento í li o e repetitivo, denido pela rotação

ompleta doeixo do pedal emrelaçãoao eixo entral dabi i leta.

Deumaforma generalizada,estemovimento édividido emduasfases distintas: fase

propulsiva ou de propulsão efase de re uperação[29℄. A fasepropulsivaini ia-se

no pontomorto superior,denida por umângulode

0 ◦

(ponto maisaltoal ançado pela

pedaleira) até ao ponto morto inferior de

180 ◦

Figura 3.3: Divisãodo i loda pedalada emgraus. Adaptado de [32 ℄.

3.1.2 Análise Cinéti a

Quando se estuda a inéti a de um gesto motor é ne essário per eber que o orpo

humanogeraforças e resiste aelas durantea realização dasatividades[31℄.

Neste ontexto irá serfeita umaanálise inéti a de todo o gesto da pedalada, sendo

referen iadasasprin ipaisforças exer idaspelo i listae oseupapelnabiome âni a do

i lismo.

Forças Exer idas

Dea ordo omabibliograaespe ializada,existemdiversasfontesgeradorasdeforças

nabi i letaenosseus omponentesresultantesdainteraçãoentreohomemeamáquina.

Umadasfontes, éo ondutorquedesenvolveesforçosinerentesàatividadedepedalar

e ao seu peso orporal. As irregularidades da superfí ie e as ações do ondutor (p.ex.

urvar e travar)representam outras duasfontes geradorasde forças. Deste onjunto de

forças, o ondutor é a prin ipal fonte, uma vez que este onta ta om a bi i leta em

diversos pontos e parti ipa numa variedade de situações que poderão induzir esforços

adi ionais. Por outro lado, existem outras variáveis - postura (p.ex. sentado versus em

pé), rotação da pedaleira e a potên ia gerada - que poderão induzir esforços adi ionais

na bi i letae nos omponentes [33℄.

Do onjunto de forças resultantes da interação entre o ondutor e a bi i leta, as

mais importantes dizem respeito às forças que o ondutor exer e sobre os pedais para

propulsionar a bi i leta.